晶片超級電容器又添新材料
2020-11-26 中國科學院晶片超級電容器又添新材料
矽基電極性能首次達到碳基水平
2016-06-14 科技日報 常麗君
語音播報
多年來，能裝在晶片上的微小超級電容一直廣受科學家追捧，決定電容器性能的關鍵是其電極材料，有潛力的「選手」包括石墨烯、碳化鈦和多孔碳等。據德國《光譜》雜誌網站近日報導，芬蘭國家技術研究中心（VTT）研究團隊最近把目光轉向了一種「不可能」的弱電材料——多孔矽，為了把它變成強大的電容器，團隊創新性地在其表面塗了一層幾納米厚的氮化鈦塗層，使其性質得以改變。
該團隊負責人麥卡·普倫尼拉解釋說，因化學反應導致的不穩定性和高電阻導致的低功率，不帶塗層的多孔矽本是一種極差的電容器電極材料。塗上氮化鈦的能提供化學惰性和高導電性，帶來了高度穩定性和高功率，且多孔矽有很大的表面積矩陣。
根據荷蘭愛思唯爾出版集團《納米能源》雜誌在線發表的論文，新電極裝置經13000次充放電循環而沒有明顯的電容減弱。普倫尼拉說，報告數據受檢測時間的限制，而並非電極真實性能。他們繼續對其進行充放電循環，至今已達到5萬次，甚至在循環中讓電極乾燥，也沒有出現物理損壞或電學性能衰減問題。「超級電容要求穩定地達到10萬次循環。目前用多孔矽—氮化鈦（Si-TiN）做電極的電容裝置能完全穩定地通過5萬次測試。」
在功率密度和能量密度方面，新電極裝置比得上目前最先進的超級電容器。目前由氧化石墨烯/還原氧化石墨烯製造的晶片微電容器功率密度為200瓦/立方釐米，能量密度為2毫瓦時/立方釐米，而新電極裝置功率密度達到214瓦/立方釐米，能量密度為1.3毫瓦時/立方釐米。普倫尼拉說，這些數字標誌著矽基材料首次達到了碳基和石墨烯基電極方案的標準。
從電子產品的功率穩定器到局部能量採集存儲器，晶片超級電容器有著廣泛的應用。普倫尼拉說，他們在整體設計中還存在一些難題，每單位面積電容仍需提高，要達到技術許可的最高水平，他們還需進一步研究。
多年來，能裝在晶片上的微小超級電容一直廣受科學家追捧，決定電容器性能的關鍵是其電極材料，有潛力的「選手」包括石墨烯、碳化鈦和多孔碳等。據德國《光譜》雜誌網站近日報導，芬蘭國家技術研究中心（VTT）研究團隊最近把目光轉向了一種「不可能」的弱電材料——多孔矽，為了把它變成強大的電容器，團隊創新性地在其表面塗了一層幾納米厚的氮化鈦塗層，使其性質得以改變。
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